稻壳的综合利用

论文摘要

稻壳是大米加工的副产物，约占稻谷重量的20%左右。稻壳燃烧后的主要成分为二氧化硅，其它矿物杂质含量很少，是生产精细化工产品白炭黑的优质原料。据统计，年产稻壳3000万吨以上，而且仍有增加的趋势。作为稻谷加工后的主要副产品，稻壳大多作为废弃物，不足以作为初级燃料利用。这不仅是对资源的极大浪费，也对环境造成很大的污染，因此稻壳的综合利用一直是人们研究的课题。本论文针对稻壳的利用做了如下研究：1.本文采用碳化-碱溶工艺同时制备白炭黑和活性炭，并考察了工艺条件对产品性能的影响。稻壳经水洗、酸浸预处理后于600℃炭化30min，采用2.5mol/L的氢氧化钠溶液碱溶4h，结果显示获得的白炭黑为无定型二氧化硅，无杂相。其产率、纯度和白度分别达到90、93.5和95%；制得的活性炭的亚甲基蓝吸附值可达24ml/0.1g。对产品性能分析表明采用炭化稻壳为原料生产的活性炭、白炭黑质量达到了相应的国家标准。2.研究了以稻壳为原料,通过对稻壳进行酸活化预处理，不经过生成水玻璃的中间环节而直接制备白炭黑。对制备白炭黑的工艺条件进行了优化研究（包括活化酸的种类，酸的活化温度、时间，焙烧温度及时间），确定了反应的最佳工艺条件：3%稀硫酸，活化时间为4h，600℃焙烧3h。此条件下制得的产品白度在95%以上。3.以农业副产物稻壳为硅源、以硫酸铝为铝源，通过炭化、碱熔和水热合成工艺，无需老化过程及添加晶种制备了洗涤助剂P型分子筛。研究结果显示，分子筛合成的最佳工艺条件为：摩尔比在nNa2O/nSiO2=1.43，nSiO2/nAl2O3=4，nH2O/nNa2O=18.3，于85℃反应8h。产品的XRD和SEM表征表明，此条件下合成的P型分子筛产品具有较高的结晶度，无杂相且晶粒细小。其钙离子交换容量可达330mgCaCO3/g。4.以筛选酸化后的稻壳为硅源、氢氧化铝为铝源，通过炭化、碱熔和水热合成工艺制取了P型分子筛。原料组成和晶化参数优化结果显示，反应的最佳条件为：摩尔比在nNa2O/nSiO2=1.43，nSiO2/n Al2O3=5.6，nH2OnNa2O=18.3，于85℃反应24h。产品的XRD和SEM表征表明，此条件下合成的P型分子筛产品具有较高的结晶度，无杂相，其Ca2+交换容量可达320mgCaCO3/g，可作为洗涤助剂。上述研究表明，以稻壳为原料可以获得纯度高、活性好的的二氧化硅和活性炭以及较高结晶度的P型分子筛。特别是P型分子筛性能优于目前文献报道的值（钙离子交换容量为280mgCaCO3/g），为稻壳的综合利用提供了一种新的方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 稻壳综述
• 1.1.1 稻壳的特点
• 1.1.2 稻壳的理化特性
• 1.1.3 稻壳的多元化利用应用
• 1.2 稻壳制备白炭黑综述
• 1.2.1 白炭黑的结构和性质
• 1.2.2 白炭黑的用途
• 1.2.3 白炭黑的制备方法
• 1.2.4 以稻壳制备白炭黑的研究进展
• 1.3 稻壳制备活性炭的综述
• 1.3.1 活性炭的结构
• 1.3.2 活性炭原料及制备方法
• 1.3.3 以稻壳制备活性炭的研究进展
• 1.4 利用稻壳制备分子筛综述
• 1.4.1 分子筛结构
• 1.4.2 分子筛的性质
• 1.4.3 分子筛的工业制备
• 1.4.4 以稻壳制备分子筛的研究进展
• 1.5 本文研究的内容及意义
• 第二章 炭化-碱溶法制备白炭黑和活性炭
• 2.1 实验工艺流程
• 2.2 实验原理
• 2.3 实验部分
• 2.3.1 实验试剂
• 2.3.2 实验仪器
• 2.3.3 实验材料
• 2.3.4 实验方法
• 2.4 实验结果与讨论
• 2.4.1 炭化温度对白炭黑和活性炭产率与性质的影响
• 2.4.2 炭化时间对白炭黑和活性炭产率与性质的影响
• 2.4.3 碱溶条件对白炭黑产率的影响
• 2.4.4 活性炭初产品的活化
• 2.4.5 白炭黑 XRD 分析
• 2.5 本章总结
• 第三章 直接焙烧法制备白炭黑
• 3.1 实验工艺流程
• 3.2 实验原理
• 3.3 实验部分
• 3.3.1 实验试剂
• 3.3.2 实验仪器
• 3.3.3 试验方法
• 3.4 实验结果与讨论
• 3.4.1 稻壳的预处理阶段对产品质量的影响
• 3.4.2 活化酸的种类不同对产品质量的影响
• 3.4.3 活化对产品质量的影响
• 3.4.4 焙烧温度对产品的影响
• 3.4.5 焙烧时间对产品的影响
• 3.4.6 产物的化学组成
• 3.5 本章总结
• 第四章 碱溶活化制备 P 型分子筛
• 4.1 实验工艺流程
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验试剂
• 4.2.2 实验仪器
• 4.2.3 实验方法
• 4.2.4 产品的表征
• 4.3 实验结果与讨论
• 4.3.1 以硫酸铝为铝源制备分子筛
• 4.3.2 以氢氧化铝为铝源制备分子筛
• 4.4 本章总结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录